Электропривод с упругой механической связью Советский патент 1988 года по МПК H02P5/06 

14;

О9

Од

ьэ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах кранов, драглайнов. Целью изобретения является упрощение схемы и наладки электропривода и по- вьшение эффективности гашения колебаний Б упругой связи в условиях нестабильности собственной частоты этих колебаний. Устройства содержит интегратор 9, вход которого подключен к выходу датчика 7 тока, а выход - к второму входу сумматора 8. Выход сумматора 8 соединен с входом регулятора 4 скорости и с входом регулятора 5 тока, В данном устройстве обеспечивается гашение колебаний в условиях нестабильности собственной частоты колебаний, так как демпфирующий сигнал на выходе узла параллельной коррекции формируется в функции скорости и тока электродвигателя в соответствии с реальным значением этой частоты, 2 ил. ь

9U2.1

ИзбЪретёние относится к электротехнике, а именно к электроприводам с упругой связью между двигателем и механизмом, и может найти примене- ние в электроприводах драглайнов, кранов, подъемников, испытательных стендов и бумагоделательных машин.

Цель изобретения - упрощение схем и наладки электропривода и повышение эффективности гашения колебаний в упругой связи при нестабильности собственной частоты этих колебаний.

На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 графики переходного процесса при разгоне электропривода, поясняющие его работу.

Электропривод (фиг. 1) с упругой механической связью 1, содержащий электродвигатель 2 постоянного тока аодшюченш к У1фа вяя«щему преобра- йоватеяю 3, в цепь зшравления которого включены соедииенные последовательно регулято| ы скорости 4 и тока 5, по кйкгчёишйе к входам соответствующих регуляторов датчики скррорт 6 и тока 7, 8 также сумматор 8, сое- даненный однш своим входом с выходом датчика б скорости, а вьосодом - с вторым входом регулятора 5 тока, и инвертор 9, СВОИМ входом подключенный к выходу датчика 7 тока, а выходом - к второму входу сумматора 8, выход которого соединен также с входом регулятора 4 скорости, при этом постоянная времени интегратора 9 Т выбирается равной ,

м

A

Т . il4-J: M.K«jL

« КмКд.с

где , К. - передаточные коэффициенты датчиков скорости и тока; 1 - моменты инерции

электродвигателя и механизма;

К - коэффициент пропор- циональноети мелду током и моментом электродвигателя. На фиг. 2 приведены два режима разгона электропривода графика изменения момента М ч) в упругой связи (график 10), скорости ЮдЭлектродвигателя (график 11) и скорости WM механиэма (график 12), а также для сравнения (график 13) изменения скорости электродвигателя и механизма при абсолютной связи между .

Электропривод работает следующим образом.

Постоянная времени интегратора 9 выбирается равной механической постоянной времени

м

.- м1БА1.

(1)

д.с

численно равной времени разгона электропривода с абсолютно жесткой связью между электродвигателем и механизмом до номинальной скорости с номинальным моментом.

где К

К.

Л.С f

А

- передаточные коэффициенты датчиков скорости 7 и тока 8,| 1 . - моменты инерции

электродвигателя и механизма;

Сд Ф - коэффициент пропор- )циональности между током и моментом электродвигателя. При выборе коэ1|)фициентов усиления сумматора 8, равными единице, по обоим входам его выходное напряжение определяется уравнением

и.

К

1«;5;-Кл.си;, . (2)

40

35 где

Ч ток электродвигателя; р - оператор Лапласа. Учитывая, что связь между током I g и скоростью л электродвигателя определяется зависимостью

КА

Ы.т

АГ--Р.liL aJlElIk :.. (3)

U2 vTvP+T pY

где Т

С v

Г 1д1/«

м 1 дт --7-г постоянная

V 1С(Ц+1л,)Л времени упругой связи; жесткость упругой связи; относительный коэффициент затухания колебаний в упругой связи;

1 + -- -коэффициент отноЛ шения масс.

Из вьфажений (2) и (3) исходит, что выходное напряжение сумматора 8 определяется следующей передаточной функцией относительно скорости электродвигателя СОд:

.Убк. piTi(i3l).

.c

.1+1ЬТ,рч-Т,|р

Выходной сигнал сумматора 8 поступает на вход регулятора 5 тока с коэффициентом К и на вход регулятора 4 скорости с коэффициентом К, которые подлежат выбору.

При подаче на вход регулятора А скорости сигнала и задания скорости его выходной сигнал U р практически скачком увеличивается до максимального значения, определяемого ограничением его выходного напряжения, и остается постоянным. Учитывая, что параметры движения электропривода в зависимости от входного сигнала регулятора 5 тока Uex.pT ирс-1 рк.К определяются передаточными функциями (при малой инерционности контура регулн- рования тока по сравнению с постоянной времени упругой связи)

См

ЬГг

Г-1

f

1

,

1 1 f м 1 +2 ,, р+Т§р l

- 1 1+2

BX.F кГс pT« T p+if;

с учетом влияния на регулятор скорости вьгходного сигнала, определяемого передаточной функцией (4), можно установить, что в указанном режиме изменения параметров движения электропривода характеризуется передаточными функциями

MV

7 с«Ф7к;;

til

и

1

ц

Di(p) .i 4 1 . Il2b TvElTvlti

РС/КАС рТл, D;(P)

hi l. PC

Uo. /Кдс

рТд, D(p)

где D,(p)

У -

Tv(-l)

г

K,p (11)

Как следует из выражения (11), для обеспечения требуемого относительного коэффицие21та затухания J

(например, ( 2/2) коэффициент

оссто1436254

обратной связи К, характеризующий влияние выходного сигнала сумматора 8 на регулятор 5 тока, следует выбирать из зависимости

(4)

2(т, Т

-5у )Хм

vTrfT

(12)

10

При этом момент My в упругой связи плавно с перерегулированием меньше 5% возрастает до установившегося значения (фиг. 2, график 10), а скорости двигателя ui (график 11) IS и механизма ы,(график 12) так же плавно переходят к нарастающему графику (к равноускоренному движению),

При приближении скорости электропривода к установившемуся значению регулятор 4 скорости переходит на линейные участки его характеристики, а изменение параметров движения электропривода с учетом воздействия выходного сигнала сумматора 8 на вход регулятора 4 скорости при этом характеризуется передаточными функциями

20

25

Mji

30

д.т

21-1

г

Тм

)

(13)

и777к

U)A li2 5 y T iTvXE А.с

оДр)

(14)

Ii2JijLTitE

%с/Кдр где Do(p)

В/г(р)

1 2 iVi;: (15)

Т« -рс

40

ij:(rO(K,-K,p

(16)

,&ЙЕ1.

Kpc

45 Изменение структуры электропривода на этом этапе движения требует и другого подхода к выбору его параметров, который может быть вибран, например, по заданным значениям коэффи50 циентов Вышнеградского, которые целесообразно выбирать равными 2,2-2,4, Значения этих коэффициентов при указанных в выражении (16) коэффициентах характеристического уравнения систе55 мы определяются зависимостями

, . А

К}.(17)

2

т

у (

В

+ IlS

V

ф1ц

л рс

Из выражения (18) можно определить предельное значение коэффициен- та усиления регулятора скорости, при котором обеспечивается требуемый характер, переходного процесса с малыми перерегулированиями, причем при малом значении относительно коэффициента затухания S;,, колебаний в упругой связи можно воспользоваться прибли женной зависимостью

V . ±Л

л ot :;

рс

которая дает несколько заниженное значение предельной величины коэффициента Крс t а запас по величине этого коэффициента будет тем самым больше, чем больше относительный коэффициент затухания 1, и чем больше инерционность контура регулирования тока. Из выражения (17) можно определить требуемое значение коэффициента К (т.е. коэффициента усилия регулятора 4 скорости по выходному сигналу сумматора 8) для обеспечения требуемого характера переходного процесса при некоторых соотношениях параметров электропривода значение этого коэффициента может быть близким к нулю, что эквивалентно связи между выходом сумматора 8 и входом регулятора 4 скорости.

к, .r i(rl)(20)

14362546

скорости для абсолютно жесткой системы, наличие упругости приводит к (18) отставанию скорости только на 1,3 То при обеспечении эффективного демпфирования колебаний.

Предлагаемое устройство позволяет упростить.электропривод за счет того, что узел параллельной коррекции вы10 полнен на двух элементах и уменьшено количество связей между элементами. Упрощается также наладка электропривода за счет уменьшения количества настраиваемых параметров узла парал с лельной коррекции до одного (постоянная времени интегратора).

Одновременно повышается эффективность гашения колебан:яй в условиях (19) нестабильности собственной частоты

20 колебаний (например, при изменении высоты подвеса груза кранов и экскаватора, изменения длины каната подъемника и лифта и т.п.), поскольку демпфирующий сигнал на выходе узла па25 раллельной коррекции формируется в функции скорости тока электродвигателя в соответствии с реальным значением этой частоты .

30

Формула изобретения

35

40

AClAir М

-Av- j Kpt; j.

При указанном выборе коэффициентов Крс и 4 обеспечиваются плавное уменьшение момента в упругой связи и плавный переход скорости электродвигателя и механизма к установившемуся значению (4даг. 2), где графики построены для следующих значений параметров электроприводов: - 0,05; 1 1.2; Т„/Ту 10; Крс « 0,3 Тм/Т,,.

Как следует из сравнения графиков 11 и 12 изменения скорости электродвигателя 2 и механизма в предложенной системе с графиком 13 изменения

Электропривод с упругой механической связью, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к управляющему преобразователю, в цепь управления которого включены соединенные последовательно регуляторы скорости и тока, подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики скорости и тока, а также сумматор, соединенный одним своим входом с выходом датчика скорости, а выходом - с вторым входом регулятора тока, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения схемы и наладки электропривода и повьш1ения эффективности гашения колебаний в упругой связи при нестабильности собственной частоты этих колебаний, в него введен интегратор, своим

входом подключенный к выходу датчика тока, а выходом - к второму входу сумматора, выход которого соединен также с входом регулятора скорости, при этом постоянная времени -иитегратора Т

55 выбирается равной

45

т и

( Ia) KM- К

А. с

30

Формула изобретения

Электропривод с упругой механической связью, содержащий электродвигатель постоянного тока, подключенный к управляющему преобразователю, в цепь управления которого включены соединенные последовательно регуляторы скорости и тока, подключенные к входам соответствующих регуляторов датчики скорости и тока, а также сумматор, соединенный одним своим входом с выходом датчика скорости, а выходом - с вторым входом регулятора тока, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения схемы и наладки электропривода и повьш1ения эффективности гашения колебаний в упругой связи при нестабильности собственной частоты этих колебаний, в него введен интегратор, своим

входом подключенный к выходу датчика тока, а выходом - к второму входу сумматора, выход которого соединен также с входом регулятора скорости, при этом постоянная времени -иитегратора Т

выбирается равной

( Ia) KM- К

А. с

, К.г передаточныа коэф- фициенты датчиков скорости и тока; д м моменты инерции

электродвигателя и

Hyk д.м

механизма;

- коэффициент пропорциональности медду током и моментом электродвигателя

8

12 iSИ

9иг.2

24